『壹』 電影《地心歷險記》（The core）中有哪些物理知識
空間天氣
千百年來，人們就知道，狂風暴雨、電閃雷鳴、洪澇、水旱，地球上這些惡劣的天氣變化給人們的衣、食、住、行和生產活動帶來災難。地球20-30公里以上的高空，甚至千萬公里的空間（或稱太空），也存在惡劣的空間天氣變化。例如，當太陽上高溫、高超音速的物質噴發所形成的太陽風暴吹過地球，有時會使衛星失效、提前隕落、通信中斷、導航、跟蹤失誤、電力系統損壞以及人的健康與生命帶來嚴重危害，卻是近2-30年來才逐步認識到的新事實。
我們現在知道，從太陽到地球這個日地空間環境與人類生存和發展息息相關。它由太陽大氣、行星際介質、地球的磁層、電離層和中高層大氣所構成。這個空間環境自1957年人造衛星上天，人類的航天、通信、導航以及軍事活動等從地表擴展到成百、上千公里的空間，成為人類活動的重要場所；它的高高度、高真空、微重力、強輻射、高電導率等獨特的環境條件既為人類發展提供豐富的資源，又為航天、通信、資源探測、軍事等活動提供地面不可能有的便利；它阻止和吸收來自太陽的X射線、紫外線、高能帶電粒子以及超音速的太陽風暴對地球人類的直接轟擊，是人類生存的重要保護層。然而「水可載舟也可覆舟」，常常出現的惡劣空間天氣變化也給人類的高科技活動帶來如前所述的嚴重危害。太陽活動控制著它的喜怒哀樂。
空間天氣學是空間天氣（狀態或事件）的監測、研究、建模、預報、效應、信息的傳輸與處理、對人類活動的影響以及空間天氣的開發利用和服務等方面的集成，是多種學科（太陽物理、空間物理、地球物理、大氣物理、宇宙線物理、空間等離子體物理、磁流體力學、數值計算、圖像處理等）與多種技術（信息技術、計算機技術、各種探測技術和成像技術、空間和地面技術系統與環境相互作用等）的高度綜合與交叉。
空間天氣學的基本科學目標，是把太陽大氣、行星際和地球的磁層、電離層和中高層大氣作為一個有機系統，按空間災害性天氣事件過程的時序因果鏈關系配置空間、地面的監測體系，了解空間災害性天氣過程的變化規律。當前開展的主要科學課題涉及：太陽活動過程和物質輸出結構研究；太陽風暴的形成、演化以及和地球的相互作用；地球空間系統的空間災害性天氣過程的因果鏈模式等方面。這些都是空間科學中面臨巨大挑戰的難題。
空間天氣學的應用目標，就是減輕和避免空間災害性天氣對高科技技術系統所造成的昂貴損失，為航天、通信、導航、資源、電力、生態、醫學、科研、宇航安全和國防等部門提供區域性和全球性的背景與時變的環境模式；為重要空間和地面活動提供空間天氣預報、效應預測和決策依據；為效應分折和防護措施提供依據；為空間資源的開發、利用和人工控制空間天氣探索可能途徑，以及有關空間政策的制定，等等。
太陽風
什麼叫太陽風？簡單地說，就是太陽粒子輻射流，是太陽輻射的組成部分。在離地球大約64000 公里以外，也就是10倍於地球半徑的地方，有一股超音速帶電粒子流，又稱" 等粒子" 流，它以每秒數百公里的速度飛向地球，不斷沖擊著地球外圍環境，這就是太陽風。顧名思義，太陽風可以理解為太陽形成的" 風" ，只不過這個" 風" 不是" 吹" 的大氣，而是帶電粒子流，這個" 風速" 達到超音速。向著太陽一面的磁性層保護著地球，使其免受太陽風的正面襲擊，同時還改變太陽風的方向，使之繞過地球。然而，在地球磁場的南極歧點上，太陽風可以侵入。當太陽風侵入南極歧點區時，它能使帶電的太陽粒子輻射流近於垂直地向電離層以至中低層大氣輸送，使各層區產生能量、動量和質量耦合區域，形成許多重要物理現象。
磁層空間暴
包括磁層亞暴、磁暴和磁層粒子暴。
――磁層亞暴是磁層中巨大能量存和突然釋放的瞬變活動，大約每天發生3－4次，每次釋放的能量大約相當於一次中等地震的能量，可引起極區地球空間環境的劇烈變化。連續發生的磁層亞暴與強磁暴有密切關系。
――磁暴是全球地磁場的劇烈活動，可引起電磁層和高層大氣的劇烈擾動，這對航天活動、通信、導航的定位精度有重要影響。
――磁層粒子暴是近地磁層中各類粒子爆發性事件，對航天活動有重要影響。
極光
極光，是發生在極地上空奇特而美麗的自然現象。從科學意義上講，極光是從太陽表面發射出來的帶電粒子流，從外層空間疾馳而來，猛烈地沖擊著地球南極地區高空稀薄的大氣層，將大氣分子激發到高能級，發出了耀眼的可見光。打個比方，如果把地球空間看做一個電視顯象管，地球磁性層尾部的中央比作電子槍，南極地區高層大氣視作熒光屏，那麼，極光就是這個熒光屏上的圖像。極光出現的強弱取決於太陽強度以及太陽風離開太陽所攜帶的磁場的強度和方向。極光具有巨大的能量，可達到幾千電子伏特。一般說來，極光易在67度的地磁緯度和110 公里高度附近出現。研究極光活動的目的，主要在於通過它來研究等離子體層中某些物理現象及其對通訊和衛星軌道的影響。這是因為，當帶電粒子落入極光區時，極光區的帶電粒子可進一步產生出一個電子濃度大大增強的薄層，引起地面發射機發出的高頻無線電波發生異常。此外，極光區的粒子還加熱大氣的最高層，引起那裡的局地大風。極光還能使熱層（110 公里～300 公里）大氣明顯變暖，電子濃度增大，影響飛行高度低的極軌衛星軌道。
Cluster衛星
20世紀80年代初，國際空間界開始醞釀空前規模的國際空間探測計劃，結果提出由國際空間 局協調組(IACG，由美國宇航局，歐空局及原蘇聯和日本的空間局組成)組織和協調「國際日 地物理(ISTP)計劃」。該計劃是人造衛星發射以來的一個空間規模的國際日地空間探測計劃 ，其主要科學目標是：將日地空間作為一個整體系統，在日地空間各層次發射多顆衛星，對日地系統聯鎖變化的物理過程進行協調地探測和研究。
歐空局的Cluster計劃(現稱為Cluster Ⅰ計劃)就是在這種背景下於1985年底提出來的，IST P計劃是在1992年-1996年期間正式實施的。經過十年努力，Cluster Ⅰ的四顆衛星(每顆1.2 噸)由歐空局新研製的阿麗亞娜5型火箭於1996年6月4日在歐空局的法屬蓋亞那發射場發射。 這是阿麗亞娜5型火箭第一次發射，由於該火箭飛行程序軟體的事故，致使發射失敗，歷經 十年研製的阿麗亞娜5型火箭和它攜帶的四顆Cluster衛星，頓地發生災難性的爆炸，在高空 中化為一團煙雲和碎片。這一事件引起了國際空間界的震憾，對國際日地空間物理的發展造 成了嚴重的損失。
1996年6月4日Cluster Ⅰ發射失敗，使歐空局的科學家和工程師們非常悲傷，但他們並未因此而消沉，反而激起了奮發圖強的精神。在歐空局科學項目主任R.M.Bonnet教授的組織和領導下，開始醞釀新的Cluster計劃。經過八個月的努力，終於在1997年4月4日正式通過了新 的Cluster計劃，稱為Cluster Ⅱ計劃。
Cluster Ⅱ和Cluster Ⅰ一樣，包括四顆相同的衛星，構成地球空間星座探測計劃。Cluste r Ⅱ的軌道是：近地點是4RE(這里RE為球半徑，RE=6371.2公里)遠地點是19.6RE， 傾角是90°。每顆衛星重1.2噸，各載有11項探測儀器。直至Cluster Ⅱ發射成功之前，在 空間的局部區域都是單顆衛星進行探測，只有計劃是姊妹衛星的形式，進行兩點探測，因而 不能探測地球空間環境的三維小尺度結構。Cluster Ⅱ的發展成功，開辟了地球空間探測的 新紀元。Cluster的四顆衛星，可在空間中形成四面體，而且四顆衛星之間的距離可根據科 學研究的要求進行調控。這四顆衛星的組合形式，好像四個秀麗的舞伴在太空中跳舞一樣， 不斷改變姿勢。正因如此，歐空局將這四顆衛星分別用四種舞來命名，即將它們分別稱為「 Salsa」、「Samba」、「Rumba」和「Tamgo」。
歐空局Cluster Ⅱ計劃的主要科學目標是探測和研究地球空間等離子體邊界層結構和動力學 過程；主要創新是探測過去不能實現的地球空間環境三維小尺度結構及電磁場和粒子的時 空 變化，解決過去不能解決的關鍵科學問題。現23周太陽活動峰年已經開始，Cluster Ⅱ顆衛 星的發射成功，對揭示太陽爆發事件引起地球空間災害環境的奧秘，將起十分重要的作用。
人造衛星
環繞地球在空間軌道上運行(至少一圈)的無人航天器，人造衛星是發射數量最多、用途最廣、發展最快的航天器。人造衛星發射數量約占航天器發射總數的90%以上。完整的衛星工程系統通常由人造衛星、運載器、航天器發射場、航天控制和數據採集網以及用戶台(站、網)組成。人造衛星和用戶台(站、網)組成衛星應用系統，如衛星通信系統、衛星導航系統和衛星空間探測系統等。1957年10月4日蘇聯發射了世界上第一顆人造地球衛星。在50年代末到60年代初期，各國發射的人造衛星主要用於探測地球空間環境和進行各種衛星技術試驗。60年代中期,人造衛星開始進入應用階段,各種應用衛星先後投入使用。從70年代起，各種新型專用衛星相繼出現，性能不斷提高。
人造衛星由包含各種儀器設備的若干係統組成，這些系統可分為專用系統和保障系統兩類。專用系統是指與衛星所執行的任務直接有關的系統，大致可分為探測儀器、遙感儀器和轉發器三類。科學衛星使用各種探測儀器(如紅外天文望遠鏡、宇宙線探測器和磁強計等)探測空間環境和觀測天體；通信衛星經過通信轉發器和通信天線傳遞各種無線電信號；對地觀測衛星使用各種遙感器(如可見光照相機、側視雷達、多光譜相機等)獲取地球的各種信息。保障系統主要有結構系統、熱控制系統、電源系統、無線電測控系統、姿態控制系統和軌道控制系統。有些衛星還裝有計算機系統，用以處理、協調和管理各分系統的工作。返回型衛星還有返回著陸系統，它由制動火箭、降落傘和信標機組成。
人造衛星觀測天體不受大氣層的阻擋，它可以接收來自天體的全部電磁波輻射，實現全波段天文觀測。人造衛星的飛行速度高，一天繞地球飛行幾圈到十幾圈，能夠迅速獲取地球的大量信息，這是地面勘察和航空攝影無法比擬的。人造衛星在幾百公里以上高度飛行，不受領土、領空、地理和氣候條件限制，視野廣闊。一張地球資源衛星照片拍攝的面積達幾萬平方公里，在靜止軌道上衛星可以「看到」百分之四十的地球表面，這對通信非常有利，可實現全球范圍的信息傳遞和交換。人造衛星能飛越地球任何地區，特別是人跡罕至的原始森林、沙漠、深山、海洋和南北兩極，並對地下礦藏、海洋資源和地層斷裂帶等進行觀測。因此人造衛星可用於天文觀測、空間物理探測、全球通信、電視廣播、軍事偵察、氣象觀測、資源普查、環境監測、大地測量、搜索營救等方面。
『貳』 有哪些科幻、科技與影視融合的例子
經典例子：《2001：太空漫遊》（2001：A Space Odyssey）
《2001：太空漫遊》於1968年上映，講述了宇航員前往木星調查並經歷了一系列奇幻流程的故事，被譽為「現代科幻電影技術的里程碑」。
庫布里克在《2001：太空漫遊》中，用電影語言，探索人類與技術、人類與宇宙的復雜關系。
庫布里克進行的，不是一次簡單化的創作，而是一次基於科學真實的、充滿技術細節的復雜且深刻的探索。
首先，是這部電影的科學顧問。
《2001：太空漫遊》先後咨詢了65家各類科研機構，科學家們被聘請為電影科學顧問，幫主創團隊創作科學畫面和劇情細節，為故事場景提供邏輯解釋，指導演員更好地扮演科學家和航天員。比如，主力擔當的NASA科學家弗雷德里克·奧德威、航空航天工程師哈利·蘭格，在基於當時最先進的科學技術的基礎上，推理了庫布里克的藝術創作要求的「未來科技」，並和主創團隊一起將它融入《2001：太空漫遊》的敘事和畫面。比如基於氣體核心的核反應堆、高溫電離氣體技術、跨行星載人航天任務計劃等。為了在電影中表現人類起源這一「我們從哪裡來？」終極問題，庫布里克和大名鼎鼎的亞瑟·克拉克，一起拜訪了人類學家哈里·夏皮羅、艾薩克·阿西莫夫……
其次，是對於技術真實的極致追求。
我第一次知道庫布里克為了《2001：太空漫遊》支付了威克斯工程公司75萬美元花了半年造了個真的離心艙、重力輪的時候，我內心是震驚的。這樣的人物，並非獨苗——從庫布里克到諾蘭，從《2001：太空漫遊》到《星際穿越》，其實很多東西是有文化根基的，至少是某種社會土壤允許這樣的追求科幻、科技與影視融合的人物源源不斷地誕生。
第三，是這部電影與各類科技企業。
看看這個名單：IBM、貝爾電話（AT&T的前身）、美國無線電公司、泛美航空、通用電氣、霍尼韋爾……
這些企業都是與《2001：太空漫遊》的深度合作夥伴。顯然他們看中的是《2001：太空漫遊》對未來的虛擬見證：不久的將來，人類將如何進入太空，如何旅行向總在夜空中閃閃發亮的臨近行星；未來的飛船長啥樣；幾十年後人類穿什麼、吃什麼、聊什麼……而這些品牌，希望自己存在於這樣的未來中。
最後，科學界得到了什麼?
參加《2001：太空漫遊》的科學家們得以將他們對科學技術的某些猜想、對學科未來與現實世界的融合狀況的假設，通過電影的虛擬見證，完成向公眾得科普，至少，它喚起了很多人的好奇心和想像力。
我個人最喜歡的例子：《星際穿越》（Interstellar）
我先後7次走入電影院，在IMAX觀看了《星際穿越》，不僅沒有因為重復觀看減少新鮮感，反而隨著對《星際穿越》幕後越來越多的了解，對這部電影充滿了贊嘆和敬意。時至今日，我依然沒有探索完這座冰山的全貌。
首先，《星際穿越》是怎麼來的？
1980年，著名天文學家卡爾·薩根【旅行者一號（大名鼎鼎的發射向宇宙的金唱片）的重要科學家、領導者，科幻電影《超時空接觸》的科學顧問、小說原著作者】熱心地安排了一次相親，相親對象是南加州理工學院的青年理論物理學家基普·索恩和准備進軍好萊塢的琳達·奧布斯特。這兩人曖昧了段時間，最後沒能走到一起。直到2005年，基普·索恩在聚會上又遇見了琳達。此時的索恩已經是一位有名望的物理學家，琳達也成長為好萊塢一位成功的電影製片人。兩人就一部包含了蟲洞、黑洞、引力波、五維空間的科幻內容的電影項目，迅速達成了合作共識。
2006年2月，他們完成了故事大綱，並迅速得到了斯皮爾伯格的青睞。隨後喬納森·諾蘭成為了該項目的編劇。
然而，依舊是經歷了9年的漫長路程，期間幾經波折，最後是克里斯托弗·諾蘭接手，派拉蒙與華納兄弟兩大競爭巨頭攜手合作，才有了被很多觀眾譽為神作的《星際穿越》的問世。
其次，《星際穿越》科學與藝術如何在畫面交織？
在一開始的創作階段，主創團隊和科學顧問們達成了兩點共識：
1. 影片情節不能違背已知的物理定律以及我們對宇宙的確定認知。
2. 對尚不明確的物理定律和對宇宙的猜想要源自於真正的科學，猜想的依據至少要被主流科學家認可。
第一個接手項目的導演斯皮爾伯格甚至召集了14位來自不同領域的科學家開了一天的研討會，其中包括太空生物學家、行星科學家、理論物理學家、宇宙學家、心理學家和空間政策專家等等。正是這次會議，給《星際穿越》定下了很多重要的「錨點」。
2019年4月，當全球科學家協同拍出來的黑洞照片發布時，很多人找到了當年《星際穿越》劇組渲染出來的電影畫面，大家的感慨基本都是：「這不就是黑洞的高清版么？」而吉普·索恩則說：「我一直都知道這些原理和論據，但知道和看到、感覺到又完全不同。這個模型讓我反過來對透過快速旋轉黑洞會產生怎樣的重力透鏡效應有了新的認知。」
至於影片里最不可思議的「五維時空超立方體」，它的科學程度很可能超越了多數人的想像：
細節1：關於高維空間。
庫鉑抬頭-看到的是書房地板往天花板的視角；
庫鉑低頭-看到的事書房天花板往地面的視角；
庫鉑往左-看到書桌視角；
庫鉑往右-看到床頭視角；
庫鉑往後-看到書架視角；
庫鉑往前-看到房門視角；
而這一切，是嚴格按照數學推演的四維空間結構的光學路線推導而出。（有興趣的同學可以搜一下四維空間的數學模型有關論文）
而庫鉑所在的這個超立方體被從高維中直接從黑洞挪到了地球上墨菲的書房，這也是為什麼影片一開始農場的引力就一直異常，因為那時候超立方體已經降臨地球。
細節2：關於時間。
超立方體里的庫鉑通過移動，可以來到書房的不同的時間點，從而完成信息傳遞。
庫鉑拍打超立方體延伸出來的「管線」，也會像波紋一樣從右向左傳遞，因為按照數學設定，從左向右是構架那個超立方體的時序（簡單化），當下發生的事件或逐漸成為更遠的過去。
正如片中布蘭德所說：「在高維生命看來，時間只是另外一個物理的空間維度，在他們眼裡，『過去』可能就像一條峽谷，他們可以隨意地跳進去；『未來』於他們而言也只是一座可以攀爬的山峰。」
2015年，《星際穿越》獲得了奧斯卡獎；2017年，《星際穿越》的策劃、科學顧問基普·索恩獲得了諾貝爾物理學獎。
第三，《星際穿越》的聲音是多麼不可思議。
相信很多人因為《星際穿越》對管風琴這一冷門樂器有了全新的認知。
如導演克里斯托弗·諾蘭所言：「即便《星際穿越》與宗教無關，但管風琴、教堂、建築……這些都代表著人類的某種嘗試，來描述那些玄奧的、神秘的東西，那些超越了我們、超越了日常領域的東西。」
配樂大師漢斯季默說：「管風琴低音符帶來的力量，你可以在太陽穴上感受到，教堂的窗花開始振動，因為有太多的空氣被推入到房子里，其間蘊含著一種原始和危險的特質——這東西要爆炸！這其中又有很多人類的特質，因為它只能用氣息發生，它需要呼吸——在每個音符上，你能聽到呼吸。」
諾蘭深刻認同了這一點：「你在每個音中感到有人的存在。我認為這一點留在電影中是非常重要的，不僅關乎我們看到的宇宙，還有宇宙之中的人。用一種很親密的方式使用它，同時保持著宏大。」
除此之外，當主角降落在一小時相當於地球7年的星球上時，那個從舒緩到緊迫的滴答聲，伴隨著山一樣的巨浪時候湧起的音牆。那些隨著離開地球，變得有些失真的配樂音色……
這是一部可以在任何細節、任何角度進行推敲的電影！而且隨著你了解它越深，你會發現更多「冰山水下的宏大」。
最後，《星際穿越》最打動我的地方。
這部電影的兩個核心驅動力，其一是科學顧問提供，另外一個則由藝術家們提供。
科學上，引力，可以穿透所有的維度。這一點如劉慈欣和卡梅隆對話時說的：我知道最瘋狂，最讓人不可思議的想像力就是前沿科學產生的。
但讓打動我的是那穿透了所有維度、穿越了時間和空間的，父親對女兒的愛，是電影畫面中浩瀚又冰冷的宇宙之中，那個在五維空間從黑洞直奔女兒書架背後的那個被當做「ghost」的父親，這一切伴隨著那熟悉的Cornfield Chase一起涌現，當你在結局回望開頭，不禁淚流滿面。